La descarga parcial es una descarga eléctrica que ocurre en una pequeña área de aislamiento donde la fuerza del campo eléctrico excede la fuerza de ruptura del material. Puede ocurrir en vacíos dentro del aislamiento sólido, a lo largo de la superficie del material aislante, dentro de burbujas de gas en el aislamiento líquido.
Causas de las descargas parciales
Según la definición adoptada por las normas internacionales, una descarga parcial es una descarga eléctrica que desvía localmente el aislamiento en una sección separada de la estructura.
Este proceso ocurre debido a la ionización de un gas o dieléctrico líquido y puede ocurrir en la interfaz entre dos medios y dentro del aislamiento. El surgimiento y desarrollo depende del tipo de dieléctrico y las características de diseño del aislamiento del objeto. Las descargas parciales en el aislamiento son consecuencia de la presencia de heterogeneidades en la estructura del dieléctrico y de las características de la tensión que actúa sobre él. Tales f altas de homogeneidad pueden ser varias impurezas e impurezas, cavidades de gas, zonas de humidificación. Dichos defectos se forman en la estructura del aislamiento, por regla general, encomo resultado de una violación del proceso de su fabricación y durante la operación del equipo (bajo la influencia de influencias mecánicas, deformación, vibración).
Qué son los árboles y su formación en la estructura de un material aislante
En el material aislante, a partir de la cavidad presente en él, se forma una estructura en forma de árbol: arbolado. Las descargas parciales se desarrollan en las ramas de los árboles. Bajo la influencia de un campo eléctrico y descargas, los árboles aumentan de tamaño y cantidad, aumentando así el grado de degradación del material polimérico. Las dendritas han aumentado la conductividad y conducen a la destrucción progresiva del dieléctrico.
Dado que una descarga parcial en un medio gaseoso requiere un voltaje menor que para cualquier efecto en una inclusión extraña líquida o sólida, la presencia de tales defectos en el aislamiento puede ser la causa más probable del inicio de la destrucción de este material. Esto se debe a que en una cavidad llena de gas, la fuerza del campo eléctrico es mayor que en un área sólida o líquida y la fuerza eléctrica del medio gaseoso tiene un valor menor que otras fracciones de aislamiento.
Tipos de arborización
Los anillos de origen eléctrico se forman cuando se exponen a tensión alterna y de impulso, así como a valores muy elevados. Durante el funcionamiento del equipo, estos valores no provocan una ruptura inmediata del aislamiento, pero pueden provocar la ionización del gas eninhomogeneidades. Si no hay cavidades lo suficientemente grandes en la estructura del material, las dendritas pueden desarrollarse durante un tiempo relativamente largo.
La presencia de burbujas sobredimensionadas provoca descargas parciales cuando el cable funciona con la tensión nominal.
Los árboles de agua se forman cuando la humedad penetra en el interior del aislamiento como resultado de la difusión o a través de microfisuras en el material.
Cuando la humedad se condensa en las inclusiones, se forman dendritas aquí, después de lo cual comienza su formación y crecimiento intensivos debido a la aparición de vacíos adicionales. Esto provoca una disminución de la fuerza eléctrica del dieléctrico y la rotura del cable.
Las principales causas de la degradación del aislamiento incluyen tanto el envejecimiento eléctrico debido a las descargas parciales que se producen en las inclusiones en sobretensión y en el modo de funcionamiento nominal, como el envejecimiento térmico del material.
Bajo la influencia de descargas parciales, comienza el proceso de destrucción del aislamiento, aumenta el tamaño del área afectada.
Las condiciones para la ocurrencia de descargas parciales dependen de la forma del campo electromagnético de la estructura aislante y de las propiedades eléctricas de una zona particular del material.
Las descargas parciales por lo general no conducen a una ruptura total del aislamiento; sin embargo, provocan cambios en la estructura del dieléctrico y, con una operación suficientemente prolongada del sistema, pueden causar una ruptura total del aislamiento. capa. Su ocurrencia siempre indica heterogeneidad local.dieléctrico. Las características de las descargas parciales permiten juzgar bastante bien el grado de defecto de la estructura aislante.
Representan el mayor peligro cuando el equipo funciona con tensión alterna e impulsos.
Fenómenos físicos que acompañan a las descargas parciales en el aislamiento
El sobrecalentamiento del aislamiento acelera el proceso de su destrucción al aumentar el número de puntos en los que aparecen nuevos defectos, lo que provoca un aumento del número y volumen de las dendritas. Esto conduce a un aumento de la tensión en los campos de la zona.
La descarga eléctrica parcial tiene un efecto térmico en el aislamiento y también lo destruye con partículas cargadas y productos reactivos resultantes de la descarga.
Además, las descargas parciales provocan la aparición de corrientes pulsadas en los canales que crean. Durante una avería, todo esto va acompañado de radiación electromagnética, ondas de choque, destellos de luz y la ruptura del aislamiento a nivel molecular.
Las descargas parciales se encuentran entre las principales causas de daños en los equipos de alta tensión. Esto se explica por el hecho de que la aparición de descargas parciales es la etapa inicial en el desarrollo de la mayoría de los defectos en el aislamiento de alta tensión.
Como resultado de estos procesos, se crean las condiciones para que ocurra la ruptura del aislamiento.
Etapas de descarga
Cuando se supera un cierto umbral de tensión, establecer para unmaterial aislante, se pueden iniciar descargas parciales en él, que no conducen al quemado inmediato del aislamiento, por lo tanto, pueden ser bastante aceptables. Obtuvieron el nombre - initial.
Un aumento adicional en el voltaje, aumento en el tamaño y número de inclusiones, el número de árboles en el proceso de operación continua del equipo, conduce a un fuerte aumento en la intensidad de las descargas parciales. Su aparición reduce drásticamente la vida útil del aislamiento y puede provocar su ruptura. Estas descargas se denominan críticas.
Efecto de las descargas en la estructura sobre los equipos
Uno de los principales elementos de diseño de transformadores y máquinas eléctricas es el aislamiento del devanado. Está continuamente expuesto a factores destructivos tales como: efectos térmicos debido al largo flujo de corrientes; cargas de vibración debido al funcionamiento del circuito magnético (para transformadores) y el mecanismo de accionamiento (para máquinas eléctricas); Consecuencias de las corrientes de irrupción y las corrientes de cortocircuito.
Todos estos factores provocan daños en el aislamiento y descargas parciales. Para las máquinas eléctricas, esta es la causa más común de falla, y para los transformadores, la falla por daño en el aislamiento del devanado ocupa el segundo lugar después del daño en los bushings.
Por qué necesita medir las descargas
La medición de los procesos que se producen cuando se producen descargas parciales es necesaria para poder prevenir las roturas del aislamiento y minimizarlasintensidad en materiales aislantes.
En relación con el uso de aislamiento XLPE en la construcción de cables eléctricos, equipos de potencia, transformadores de alto voltaje, líneas eléctricas aéreas, es necesario monitorear constantemente las descargas parciales que afectan la seguridad de su operación.
Prevención de ruptura de aislamiento y métodos de prueba
Es necesario realizar comprobaciones del estado del material aislante durante el funcionamiento para detectar daños en desarrollo y prevenir averías accidentales por descargas parciales en los equipos.
Para controlar el grado de defectos del aislamiento del equipo de alto voltaje, existen:
- Ensayos con aumento de tensión, equivalente en magnitud a su posible aumento durante el funcionamiento. Esto es necesario para establecer los valores de rigidez dieléctrica del aislamiento durante aumentos de voltaje a corto plazo.
- Métodos de prueba no destructivos para determinar la vida útil de su operación.
Esto permite realizar diagnósticos confiables en equipos en operación, sin desmantelar equipos y, por lo tanto, eliminar pérdidas económicas.
Los métodos existentes para el diagnóstico de descargas parciales permiten detectar un defecto en una etapa temprana de su desarrollo y, por lo tanto, evitar costosas reparaciones o reemplazos de equipos defectuosos.
Algunos métodos le permiten localizar el área defectuosa y solo las áreas dañadas estarán sujetas a reparaciónaislamiento.
Al probar equipos con alto voltaje, la calidad del aislamiento se deteriora como resultado de la exposición a voltajes varias veces superiores a los valores de trabajo.
Los métodos de diagnóstico para la detección de descargas parciales permiten la evaluación más precisa del grado de desempeño residual del equipo sin tener un efecto destructivo en su aislamiento. El diagnóstico de descargas parciales durante el funcionamiento se ve obstaculizado por el hecho de que normalmente hay otros equipos alrededor del objeto que se está comprobando, lo que es una fuente de interferencias. Estas señales pueden no diferir en parámetros de las señales del objeto deseado, ya que también pueden ser descargas parciales.
Por lo tanto, para separar las señales de interferencia y la descarga parcial medida, primero debe medir las señales de interferencia con el voltaje apagado en el objeto bajo prueba y luego medirlo en el modo de operación.
En este caso, se registrará la suma de las señales de descarga parcial y el fondo.
La diferencia entre estas medidas mostrará el valor de la señal de DP.
Las características obtenidas nos permiten evaluar la naturaleza de los defectos y la propia descarga.
El método de descarga parcial no daña el aislamiento y es ampliamente utilizado porque el proceso de prueba no usa alto voltaje para afectar negativamente el aislamiento.
Método de descarga eléctrica
El método requiere que el instrumento de medición entre en contacto con el aislamiento.
Permite definir un gran número de características de descargas parciales.
Este es el más preciso de todosmétodos de medición de descargas parciales.
Método de registro acústico
Este método se basa en el uso de micrófonos que captan señales de sonido de equipos en vivo.
Los sensores se instalan en conmutadores complejos y otros equipos de energía eléctrica y funcionan de forma remota.
Desventaja: no se registran las descargas parciales de pequeña magnitud.
Método electromagnético o remoto
La detección de descargas parciales mediante el método de microondas es un proceso sencillo y eficaz. Para ello se utiliza un dispositivo de antena direccional.
La desventaja de este método es la imposibilidad de medir la magnitud de las descargas.
Descargas específicas en transformadores
Potentes transformadores de potencia forman parte de los sistemas de potencia, y cerca de ellos se instalan equipos de alta tensión, en los que pueden existir descargas parciales. Las señales de ellos se envían al transformador controlado de varias maneras.
Si el transformador está conectado a líneas eléctricas aéreas sujetas a rayos, las señales de las mismas se registrarán al medir las características de descarga parcial en el aislamiento del transformador.
Cuando un transformador está ubicado en una subestación abierta, periódicamente se producen descargas de corona en sus partes externas conductoras de corriente, según la temperatura, la humedad y otros factores.
Cambio en la carga y presencia de dispositivos en los transformadores que regulan sus parámetros durante la operación, por ejemplo, dispositivos queregular el funcionamiento bajo carga, provoca un cambio en las características de las descargas parciales, que pueden disminuir o aumentar.
Todos estos factores conducen al hecho de que muchas mediciones en transformadores pueden mostrar una imagen distorsionada del estado del aislamiento.
Las lecturas tomadas del transformador bajo prueba se superpondrán con pulsos de ruido de equipos cercanos.
En tales casos, es necesario utilizar una técnica de medición correctamente seleccionada para excluir la influencia de la interferencia en los datos recibidos sobre descargas parciales en transformadores.
